廖伟、杨青阳、罗元元、李斌

（1.广安交通文化旅游投资建设开发集团有限责任公司，四川 广安 638500；2.中建桥梁有限公司，重庆 402200）

0 引言

随着公路桥梁事业的发展，跨越江河和既有公路、铁路、高速的公路桥梁越来越普遍，连续（梁）刚构以其超越普通桥梁的跨越能力和造价低廉的特点被越来越多的使用。连续（梁）刚构桥在悬臂现浇施工中常用到施工挂篮，常见的挂篮多为由型钢制作的三角结构和菱形结构，由于挂篮结构构件较多，且由于悬臂现浇施工危险性较高，因此对于挂篮的安全性要求也较一般临时结构高。但施工单位为了节省成本，挂篮经常要进行多次周转使用。因此，为了验证挂篮的安全性并准确识别挂篮的弹性变形，为模板预拱度、预抬和模板顶标高提供依据，挂篮的预压就显得尤为重要。常规的挂篮预压多采用重物堆载预压法。但由于罗渡渠江大桥项目墩柱高度较高，采用堆载预压发生安全事故的风险较高，因此项目技术团队研发了反力预压技术，在罗渡渠江大桥的5 套挂篮应用了液压千斤顶配合反力支架的反力架预压法。

1 工程概况及存在问题

罗渡渠江大桥位于四川省广安市岳池县罗渡镇，为渠江富流滩船闸、航道改扩建工程的一部分，设计采用双向四车道二级公路标准，设计车速60km/h，桥面宽度20m，里程桩号为K1+603.15—K2+366.15，桥梁全长763m，桥跨组合为33m+90m+170m+90m+65m+2×120m+65m。

大桥设计采用单箱双室结构，桥面宽度20m，为双向4 车道设计。大桥悬臂浇筑主梁最大节段混凝土方量121m，5 个主墩墩柱高度在38～42m 之间。根据规范要求挂篮的预压重量为317t。如果采用重物法预压存在如下问题：

1.1 预压材料量大

常规重物预压多采用砂袋、土袋、水袋或预制混凝土块。常规吨袋或混凝土块重量在1～2t 之间，由于预压需同步进行，预压总重量为634t。因此需要准备大量的预压材料。

1.2 事故发生概率高

由于采用重物预压需利用塔吊将预压材料吊装到挂篮上，塔吊的重复高强度运作，极易发生机械故障引发高坠安全事故。同时，在摆放预压材料时由于堆载高度较高，易发生滑落造成人员伤亡。

1.3 受天气影响大

大桥0块施工期间为主桥汛期，天气变化较快，采用重物预压法施工容易因降水导致重量突变，从而影响施工安全。

1.4 工序时间长

采用堆载预压时间基本都花费在堆载和卸载过程，常常要持续一周以上的时间，项目5 套挂篮如果都采用重物预压将浪费大量施工时间。

因此项目技术团队针对以上重物预压存在的问题开展了反力预压施工技术研究。

2 工艺原理介绍

反力预压挂篮施工技术是利用在已施工梁段（0块）的腹板位置预埋反力牛腿，使用液压千斤顶在牛腿和挂篮底平台之间施加压力的反力预压法。其工作原理为在临时结构体系外施加与永久结构和施工荷载在临时结构上产生相同或相似作用的弯矩、剪力作用。临时工程在受到相同（似）的弯矩、剪力情况下，产生相同（似）的变形和应力。以此来验证结构的安全性和弹性变形量，并消除临时结构的非弹性变形。

在挂篮设计中一般主要受力桁架数量由箱梁腹板的数量决定。受力主桁架与箱梁腹板一一对应。在0块施工时把反力架预埋件埋入腹板混凝土内，使腹板反力支架与主桁一一对应，并在反力架与底板之间安放液压千斤顶用于施加荷载反力。

3 反力预压施工要点

3.1 反力预压施工流程

反力预压的施工流程，如图1 所示。

图1 反力支架预压法施工流程

3.2 反力结构设计

3.2.1 反力大小及位置确定

传统的挂篮预压方式为重物预压，通过把重物加载到挂篮平台上，模拟混凝土浇筑工况。虽然箱型梁截面腹板位置永久荷载较为集中，但反力架预压依然无法完全模拟混凝土浇筑完成后工况挂篮的实际受力状态，因此需要首先分析挂篮变形的主要影响因素，再进行反力预压设计。

挂篮的变形包括以下几个方面：主桁架受力引起的弹性变形、吊带受力引起的弹性变形、结构在荷载作用下由于加工精度等原因产生的非弹性变形。

同时利用有限元模型对挂篮结构进行计算，发现主桁架受力作用下的弹性变形对挂篮结构整体弹性变形影响较大。通过吊带、吊杆共同作用的措施后，基本可以忽略吊带变形对挂篮整体弹性变形的影响。

而根据施工经验，结构的非弹性变形量受荷载大小影响较小。因此，为了准确测量挂篮的变形量，必须保证挂篮主桁的受力情况与实际施工一致。因为反力支架需安装到主桁架正下方，确保荷载可以直接传递到主桁架上。

利用有限元软件计算出挂篮在1梁段钢筋混凝土及施工临时荷载作用下的各个主桁横梁端头所受的荷载大小，再通过反力预压计算模型对反力大小和位置进行反算，准确计算出千斤顶的安放位置和每个千斤顶应施加的反力大小。

3.2.2 反力支架结构设计

反力支架是利用型钢制作三角牛腿，在进行设计时要特别注意对横梁和斜杆之间焊缝、预埋钢板与牛腿之间焊缝的计算，同时要根据预埋钢板的实际受力情况，对锚固钢板后的锚筋焊缝长度和锚筋数量进行计算。

其中锚筋与锚板间的焊缝可利用理正结构工具箱进行计算。锚筋与预埋钢板之间的焊缝长度计算不应只计算剪力，还应通过锚板局部计算对锚板与锚筋之间的拉力和弯矩进行计算，避免在三种应力作用下产生的组合应力使锚板被破坏。

3.2.3 底部受力平台设计

挂篮由整体受力转换为点受力后，为了确保底部平台不因局部荷载过大产生较大变形，应把底部平台工字钢进行集中，根据计算如需必要对底平台工字钢进行局部加强（见图2）。

图2 挂篮反力预压结构位置示意图

反力架由三个牛腿组成，分别安装在三个腹板上，整个反力支架自上而下依次为倒三角牛腿、500t千斤顶，楔形块、底横向分配梁（三拼I56 工字钢），底纵梁（I56 工字钢），挂篮底篮（见图3）。

图3 挂篮反力预压结构示意图

3.3 支架制作与安装

在进行支架制作时应按照结构计算时的具体尺寸进行下料，同时要在反力支架焊接前首先测量预埋钢板的具体位置，根据钢板预埋的偏差调整三角支架的尺寸和角度。由于现场焊接质量较差，难以保证支架结构的安全性，为此在进行支架焊接时通常在连接点位置以增加加劲板的形式提高焊缝长度，避免应力集中导致结构被破坏。

预埋件在0块施工期间安装完成后，为加快工序转换速度，应在混凝土强度达到15MPa 以后，进行支架焊接，提前做好预压前的准备工作。

支架焊接前首先凿出0块上预埋的钢板。安装过程中用线锤校正，保证其安装竖直度及位置的准确性。位置固定后进行焊接，焊缝宽度不小于1cm，同时支架牛腿焊接完成后，增加加劲板进行补强，牛腿横梁腹板两侧各焊接长度20cm 钢板，上翼缘板及下翼缘板加装20cm 长度钢板。左右各3 块进行补强。牛腿斜撑在腹板两侧各加装2 块长20cm 的钢板进行补强。

牛腿安装时首先要保证横梁的水平度，安装时可利用水平尺，时刻注意安装质量。安装挂篮反力架底纵梁，底纵梁采用I56 工字钢，底纵梁直接安放在底平台横梁上，用于传递反力荷载。

3.4 反力千斤顶安装

反力千斤顶的安装（见图4），具体步骤如下：

图4 反力预压现场示意图

首先，在反力底纵梁上安装楔形块，楔形块采用16mm 厚钢板在后场制作。由于挂篮底平台多为斜面，因此楔形块主要是为了使千斤顶可以垂直向下施压。其次，通过挂篮前悬吊系统调整挂篮底篮，使楔形块与倒反力牛腿内能放入千斤顶的距离适宜。再次，安装千斤顶及油泵，若千斤顶内存在缝隙，则填塞钢板找补。挂篮预压期间，作业人员均应站在梁段箱室内，以保证预压期间的施工安全。最后，千斤顶接好油泵，按照检定证书仔细核对油表和油泵，并根据预压荷载大小计算分级预压时油表读数。

4 沉降观测点布置及预压

挂篮预压的沉降观测点布置在挂篮底平台前后下横梁上，并靠近挂篮主桁投影在横梁上的位置（见图5）。

图5 沉降观测点布置图

挂篮观测点布置后，利用水准仪测量观测点的初始标高H1，然后按照60%、80%、100%对挂篮进行分级加载并记录各级加载后沉降观测点的标高Hn，并在后场对数据进行处理，准确识别挂篮弹性变形和非弹性变形。

5 效益分析

5.1 减少材料浪费

传统的重物预压多采用砂袋、预制块和水袋，需要专门的储存场地，而采用反力预压不仅减少了预压材料的用量，减少了资源的浪费，同时由于无需进场大量的预压材料，减少了临时占地。也无需使用装载机等机械设备，有效地减少了化石燃料的使用，避免了有害气体的排放，具有非常好的环保效益。

5.2 节省人工机械费用成本

反力预压法施工完成全过程预压仅需2～3d，较传统重物预压时间缩短了一半以上。同时所需要的人工工日总量可减少了80%以上，节省的机械费用和购置预压材料的费用也是非常可观，预压使用的钢结构件可以周转使用，综合成本大幅度降低。

5.3 安全性高

反力预压法施工受天气条件影响小，不会因气候条件变化造成预压重量的突变，避免了因预压重量突变导致的支架坍塌等重大事故的发生，同时也可以避免长时间利用塔吊进行重物吊装发生的高坠事故和机械故障事故。

6 结语

综上所述，采用反力预压的挂篮预压方法较常规重物预压具有非常明显的优势。同时反力预压技术也不局限于挂篮预压施工，以千斤顶反力预压技术为基础可将反力预压技术广泛应用于各类型临时结构如0块托架、横梁支架等的施工中，因此反力施工技术具有非常广阔的应用前景。